Forskare vid Indian Institute of Science (IISc) har skapat en ny hybrid av grafen och kvantprickar, ett genombrott som kan inspirera högeffektiva och kontrollerbara nästa generations displayer och lysdioder.

Quantum dots är halvledar nanokristaller med potential att revolutionera olika tekniker, inklusive solceller, medicinsk bildbehandling och kvantberäkning. De kan absorbera UV -ljus och producera skarpa, ljusa färger, gör dem särskilt attraktiva för nästa generations TV-apparater, smartphones och lysdioder. Dock, de är dåliga elektriska ledare, och därför ineffektivt att använda i enheter på egen hand. För att förbättra deras effektivitet, forskare har försökt kombinera dem med grafen, en utmärkt konduktör. Att lägga till grafen skulle också ge möjligheten att tinker med utgången även efter tillverkning, eller slå på och av enheten efter behag.

Även om kombinationen fungerar bra för fotodetektorer och sensorer, det är praktiskt taget värdelöst för displayer och lysdioder, eftersom kvantprickar förlorar sin förmåga att avge ljus när de smälts med grafen. Genom att ändra några experimentella förhållanden, IISc -forskare har hittat ett sätt att eliminera denna effekt och skapa ett mycket effektivt och avstämbart hybridmaterial. Resultaten, publicerad i ACS Photonics , öppna möjligheter för en ny generation av toppmoderna displayer och lysdioder.

Quantum dots är extremt små partiklar med egenskaper som är mycket bättre än konventionella halvledare. När den aktiveras av UV -ljus, de kan producera synligt ljus i olika färger beroende på deras storlek. Små prickar ger blått ljus, till exempel, medan stora strålar rött.

De absorberar ljus mycket bra, men de är dåliga elektriska ledare; kvantprickbaserade enheter som omvandlar ljus till elektricitet är därför inte särskilt effektiva. Grafen, å andra sidan, är nästan transparent för ljus, men det är en utmärkt elektrisk ledare. När de två kombineras, grafen kunde, i princip, snabbt dra den absorberade energin bort från kvantpunkter, minska energiförlusten, och konvertera den till en elektrisk signal, till exempel. Detta gör det möjligt att skapa enheter som fotodetektorer med extremt hög effektivitet.

"Du får det bästa av båda, säger seniorförfattaren Jaydeep Kumar Basu, professor, Institutionen för fysik, IISc.

På flip -bilden, energiöverföringen till grafen lämnar kvantprickar med nästan ingen energi kvar för att avge ljus, vilket gör det omöjligt att använda dem i displayer eller lysdioder.

"Det är ett område där tillämpningen av dessa hybridmaterial inte har tagit fart på grund av denna effekt, "säger Basu." Grafen fungerar som en svamp, när det gäller kvantprickarna. Det tillåter inga utsläpp. "

Basus team försökte övervinna denna "släckande" effekt genom att föra in ett fenomen som kallas superradiance. När enskilda atomer eller sändare (t.ex. kvantprickar) i ett lager är upphetsade, var och en avger ljus oberoende av varandra. Under vissa förutsättningar, alla atomer eller sändare kan fås att avge ljus i samarbete. Detta ger ett mycket starkt ljus, med en intensitet som är betydligt större än summan av enskilda utsläpp.

I en tidigare studie, Basus team kunde åstadkomma överstrålning i ett tunt lager kvantprickar genom att kombinera det med metallnanopartiklar under vissa experimentella förhållanden. De återskapade dessa förhållanden i de nya quantum dot-graphene hybrid-enheterna för att producera överstrålning, som var tillräckligt stark för att kompensera för släckningen. Med hjälp av modeller, de fann att detta händer när enskilda kvantpunkter är 5 nm eller mindre från varandra, och kvantprickskiktet och grafen separeras med ett avstånd av 3 nm eller mindre.

"Vi har för första gången visat att vi kan komma bort från denna" svamp "-effekt, och håll utsläpparna vid liv, säger Basu.

När överstrålningen dominerade, intensiteten av ljus som avges i närvaro av grafen befanns också vara tre gånger högre än vad som kunde ha uppnåtts med enbart kvantpunkter.

"Fördelen med grafen är att du också kan ställa in det elektriskt, "säger Basu." Du kan variera intensiteten genom att helt enkelt ändra spänningen eller strömmen. "

Studien öppnar också nya vägar för forskning om att förstå hur ljus och materia interagerar på nanoskala, säger författarna.